工业固体废弃物在建材中的应用研究

罗博

(重庆市环卫控股（集团）有限公司 重庆 401121)

0 引言

固体废物是指在生产建设、日常生活和其他活动中产生的污染环境的固态、半固态废弃物质[1]。固体废弃物是“三废”中最难处置的一种,因为它含有的化学成分相当复杂，物理性质也千差万别，要达到清洁合理处理的目标难度较大。有数据统计显示，目前全国工业固体废弃物堆存占地面积达100多万亩，其中农田约10万亩。大量未经处置的工业固体废弃物堆存在生活区及水源区附近，成为严重的污染源，污染事故不断发生。甚至有一些固体废弃物倾倒在江、河、湖泊中，污染水体[2]。固体废弃物的种类繁多，成分繁杂，数量巨大，其危害程度不亚于水污染和大气污染造成的危害，需要引起全社会的关注。

1 我国工业固体废弃物的现状

随着我国经济年均8%的快速增长，工业固体废弃物年产量也在快速增长(表1)。根据《中国环境统计年报2004》数据，2004年工业固体废物产生量超过1亿t的行业依次为电力、热力的生产和供应业，黑色金属冶炼及压延加工业，煤炭开采和洗选业，黑色金属矿采选业，有色金属矿采选业。由于中国能源以煤为主，在工业生产活动中，采矿和煤炭燃烧产生的工业固体废物最多，其中尾矿和冶炼矿渣两者，以及煤矸石、粉煤灰和炉渣三者的产生量各占总量的42%（图1）。由于我国对固体废弃物污染控制起步较晚，虽然在固体废弃物的处理利用方面已取得一定进展，并出现了一些适合我国目前经济技术发展水平的固体废弃物处理技术，但与发达国家相比，处理水平还很低，相关处理技术还远远不能满足国内经济和社会发展的需要。[3]

表1 我国工业固体废弃物产生量变化趋势万t

图1 我国工业固体废弃物组

2 利用工业固体废弃物生产墙体材料

墙体材料是指用于建筑物墙体砌筑和墙体围护的材料。我国墙体材料在整个房屋建筑材料中占了很大的比例,大约为70%。由于我国的传统建筑是砖瓦结构,所以我国的传统墙体材料也主要以烧制得砖瓦为主,砖瓦的主要原料是粘土、煤粉等，长期大量的烧制砖瓦毁坏了大量的农田，并且大量的煤粉燃烧严重污染了环境，所以急需发展新技术来替代传统的墙体材料。利用工业固体废弃物制造墙体材料，不仅能够实现节约土地，减少环境污染，而且还能实现工业固体废弃物的资源化利用。目前能实现产业化的利用工业固体废弃物制造墙体材料的技术大致有三种，分别为：（1）利用煤矸石和粉煤灰烧制、压制多孔砖与空心砖技术；（2）利用粉煤灰和混凝土生产加气混凝土砌块技术，以及用脱硫石膏生产石膏砌块技术；（3）利用脱硫石膏添加纤维压制纤维石膏板，以及利用粉煤灰、轻骨料生产轻质陶粒混凝土条板等[4]。

3 利用工业固体废弃物生产干混砂浆

干混砂浆是近年来建材领域新兴的干混材料之一，可以加水拌和后即可直接使用，由于具有使用简便、成分准确、性能稳定等优良特点，干混砂浆得到迅速发展和应用。干混砂浆的成分大致可以分为胶凝材料、骨料、辅助胶凝材料、化学外加剂以及其他组分等几类[5]。目前,已被用于干混砂浆的工业固体废弃物主要包括粉煤灰、矿渣、脱硫石膏、煤矸石以及尾矿砂等，主要是作为辅助胶凝材料，来改善干混砂浆的某些性能。

粉煤灰作为一种辅助胶凝材料用于干混砂浆中，可以显著改善干混砂浆的工作性、流动性、凝结强度等性能。如将其用于保温砂浆中，改善工作性，提高保温效果，还可用于自流平砂浆中，以改善工作性、流动性。有实验研究表明，在抗硫酸盐侵蚀方面，使用粉煤灰的效果要优于矿粉和钢渣。把矿渣磨成粒度较小的微粉粉后可添加到干混砂浆中，矿渣其的作用和粉煤灰相反，主要改善砂浆强度和韧性，也就是提高砂浆抗折强度。钢渣是由硅酸钙、钙镁橄榄石、铁铝酸钙以及硅、镁、铁、锰、磷的氧化物形成的固熔体，与粉煤灰和矿渣等工业废渣相比，由于在形成过程中经历了高温过程，其晶体晶格稳定，活性相对较低，钢渣微粉可使砂浆具有良好的工作性和力学性能[6]。

4 利用工业固体废弃物生产轻骨料

轻骨料作为一种新型建筑材料，具有密度小、保温性好、耐热度高、抗掺性好、耐冲击力强、抗震性好等特点，主要用于建造大跨度桥梁和高层建筑，发展前景非常广阔。粉煤灰和煤矸石都可以用来生产轻骨料。粉煤灰主要烧制粉煤灰陶粒，主要工艺流程为：以粉煤灰为主要原料加入一定量的胶结料和水，经成球和烧结过程可制得粉煤灰陶粒。用煤矸石烧制轻骨料有两种方法：成球法和非成球法。成球法是将煤矸石破碎和粉磨后制成球状颗粒，然后送入窑炉中焙烧；非成球法是把煤矸石破碎到一定粒度直接焙烧。煤矸石轻骨料的质量主要取决于煤矸石的性质和成分[7]。

5 利用工业固体废弃物制造陶瓷

近年，我国建筑陶瓷行业发展迅速，产销量保持高速增长态势，未来产业发展空间巨大，综合分析产业发展现状，未来一段时间建筑陶瓷行业的关注点是生产的生态环保、新工艺技术装备的开发、终端产品应用领域的开拓这三点。目前，利用工业固体废弃物生产陶瓷研究的还是比较多，主要集中在建筑陶瓷，泡沫、多孔陶瓷，高性能陶瓷，其中关于多孔陶瓷和高性能陶瓷的研究还不成熟，还有待进一步深入发展。粉煤灰和工业废渣主要是用于生产建筑陶瓷，粉煤灰和煤矸石主要是用于泡沫、多孔陶瓷和高性能陶瓷的生产[8]。

粉煤灰主要由无定形玻璃、未燃尽碳以及晶态莫来石、石英、方解石等矿物相组成，其化学成分和高铝粘土相近，可以作为主要原料来烧制建筑陶瓷。磷矿渣一般呈颗粒状，硬度不太大，大约在1250℃左右可自身烧结。硫磺废渣的成分主要为莫来石和赤铁矿，莫来石作为主要原料用来烧制一般陶瓷制品，而赤铁矿有双重作用，在陶瓷坯体中既可作为熔剂，又具有显色功能。有文献报道，国外利用粉煤灰、火山灰、碳粉等为原料研究开发出了泡沫陶瓷。煤矸石由于氧化铝含量较低，又呈特殊的层状结构，并能与二氧化硅形成良好的分散分布，几乎不需要添加其他任何物质即可在高温反应而合成碳化硅，进一步合成高性能复合陶瓷。

6 工业固体废弃物在玻璃中的应用

钢铁废渣包括钢铁工业中的高炉渣和钢渣，其主要成分为氧化钙、氧化镁、氧化铝、二氧化硅等，是构成玻璃的重要组成。钛渣中二氧化钛含量较高，一般可达20%，二氧化钛在玻璃制备中是性能优良的晶核剂和助熔剂，因此钛渣可以直接作为矿渣微晶玻璃的原料。粉煤灰一般粒径较小，不需再碾细可以直接作为原料，由于粉煤灰的化学成分中氧化钙含量低于矿渣，而氧化铝又高于矿渣，因此，需要加入一定的含钙材料，使之形成性能较好的微晶玻璃。煤矸石作为在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低的岩石，其中含有一定量的可燃成分，在生产玻璃时可以降低生产能耗，起燃烧产生的气体，有利于发泡被用来制造吸声泡沫玻璃。

7 结论

利用工业固体废弃物生产建材是国固体废弃物处理技术中发展比较成熟，推广应用前景光明的技术。利用工业固体废弃物生产建材不仅可以改善传统建材工业高消耗、高污染的状况，还能解决工业固体废物堆放、占用土地、污染环境等问题，实现固体废物处理的“减量化、无害化、资源化”。但还需要进一步拓展固体废弃物在建筑材料资源化应用的范围，还需要进一步加大科研投入，为工业固体废弃物的资源化转化奠定研究基础。

[1]董 松，张智强.固体废弃物的建材资源化[J].广东建材，2002，（3）:2-4.

[2]董保澍.我国工业固体废弃物现状和处理对策[J].中国环保产业，2001，（10）：20-21.

[3]高树婷，张慧勤.我国工业固体废弃物污染控制初探[J].环境科学研究，1994，7(1)：43-47.

[4]徐丹华，马振珠，梅一飞.工业固体废弃物资源产业化发展路径探讨[J].中国建材科技，2008，（2）：56-60.

[5]王培铭，张国防.工业固体废弃物在干混砂浆中应用的研究进展[J].混凝土世界，2010，10（4）：44-47.

[6]张高勤,秦鸿根,王元纲,陶有华.掺钢渣微粉干粉砂浆的早强激发剂的研究[J].混凝土与水泥制品,2006,1,48-50.

[7]陈玮琳.工业固体废弃物在建筑材料领域的应用[J].中国建材科技，2012，（5）：80-82.

[8]孙媛媛，王芬，陆红霞.工业固体废弃物在硅酸盐材料中的应用研究与展望[J].中国陶瓷，2007，43（9）：3-6.